淺析礦井頂板支護技術的實踐應用

唐文超

（榆林神華能源有限責任公司，陜西　榆林　719000）

淺析礦井頂板支護技術的實踐應用

唐文超

（榆林神華能源有限責任公司，陜西榆林719000）

摘要：礦井頂板事故是煤礦五大災害之一，時刻威脅著煤礦工人的人身安全。近幾年，隨著世界科學技術的發展，礦井頂板支護技術也得到了一定的發展，但是在實際的支護過程中，還存在很大的問題。本文重點對礦井頂板支護技術的實踐應用進行了詳細的分析。

關鍵詞：淺析；礦井頂板；頂板支護；實踐應用

煤炭作為我國的重要能源，其主要來源除了部分的露天煤礦外，絕大部分都是井坑煤礦。煤礦是高危行業之一，而其中頂板事故造成的人員傷亡占據了煤礦事故中的30%左右。為了防止礦井頂板事故的發生，我國投入了較大的人力和物力，雖然取得了一定的效果，但是并沒有徹底防止礦井頂板事故的發生。礦井頂板支護作為煤礦采煤安全和正常生產的必要措施，其技術的實踐應用非常重要。

1　支護型鋼的實踐應用

在我國應用比較廣泛的礦用支護型鋼主要分為U型鋼和工字鋼兩大類，這種鋼材的獨特形狀及其力學機械性能，使其在礦井圓形、橢圓形、半圓形以及矩形巷道的支護中得到了廣泛的應用。但是在實際的應用過程中，巷道頂板對礦井支護鋼具有非常高的要求，包括支護鋼的韌性、抗拉能力、抗壓能力以及抗剪切能力等，所以礦井巷道支護鋼必須能夠承受較大動載荷的沖擊以及疲勞磨損等；另外，在礦井巷道形成后以及以后的使用過程中，由于各種原因會使得礦井巷道在兩個方向上產生較大的位移，主要包括礦層地質構造的變化、掘進切面的變化等原因，這就對礦井支護架本身的承載能力提出了更高的要求；與此同時，礦用支護型鋼材的抗彎截面模量也必須達到相關規定的標準，同時還要結合煤礦的實際情況，使其能夠滿足礦井巷道支護整體滑移以及定位的要求等，還應盡量加大礦井頂板支護模塊之間的接觸面積，確保接觸面的平整以保證均勻受力。所以，在選擇礦井支護所用的鋼材時，必須對其性能進行嚴格的測定，只有符合相關要求的鋼材才能夠投入使用，否則不得入井使用。

2　伸縮性支架的實踐應用

目前我國煤礦應用最為廣泛的伸縮性支架一般為金屬支架，這種支架與其他材料的支架相比，其最大的優勢就是承載能力比較強，而且這種承載能力又主要表現在實際承載能力和極限承載能力這兩種承載能力上。在實際的礦井巷道支護中，由于礦井巷道內部的具體構造以及礦層的地質活動等原因，經常會使巷道頂板支護中的某個部位出現應力集中的現象，而此時，如果巷道支架模塊的彈性不能滿足要求，就會造成巷道支護局部出現承載力過大，嚴重時則會出現支護板件垮塌、頂板冒落的事故發生，所以在選擇巷道支架時，應該選擇伸縮性能比較好的、能夠滿足礦井實際情況的支護支架，這樣可以有效的吸收局部地區或者是整個頂板支護的應變力，此時才能體現出的承載能力支架的實際承載能力。而在極限工作情況時，比如巨大的載荷作用或者瞬時沖擊而使支架體現出來的承載能力則是支架的極限承載能力，而在實際的支護過程中，這種現場經常發生，發生的后果就是造成支護支架的塑性變形，一般情況下，支護支架的極限承載能力要大于其實際承載能力，但是二者的相差并不是很大，如果支護支架體現出了極限承載能力，則會對支架材料造成嚴重的疲勞磨損，同時也就降低了支架的使用效率及壽命。所以，在實際的支護過程中以及支護完畢后，應該采取相應的措施，避免支護支架發生極限承載的現象，如果發生了則要及時的更換支護材料，防止長期的使用使其過度疲勞受損，最終發生悲慘的事故。

3　錨桿支護的實踐應用

錨桿支護技術是目前世界上應用最為廣泛，而且效果最好的支護技術，這種技術能夠有效地改善礦井巷道的支護效果，并且支護成本較低、工作強度較小，施工也比較方便。在錨桿支護技術的實際應用中，主要是考慮錨桿、錨索和圍巖之間相互作用的關系，其中錨桿要分為兩種，即非張力錨村和張力錨桿，并且這兩種錨桿還有更詳細的分類，但是在我國大部分煤礦，都不對其進行區分，這嚴重影響了頂板錨桿的支護效果。對煤礦巷道的頂板進行支護，主要是為了構建出一個安全的合成梁，而在錨桿支護體系中，錨桿起到的是抗拉和抗剪的作用；而托板起到的是傳遞轉巖載荷給錨桿施加預緊力的作用；錨固劑起到的是連接的作用，即讓錨桿體與孔壁結為一體；鋼帶主要是起到實現錨桿預緊力和工作阻力的擴散、支護巷道表面改善圍巖應力狀態以及均衡錨桿受力提高整體支護能力的作用；錨網主要是起到維護錨桿間圍巖防止松動滑落外，同時還提供一定的支撐能力以及對深部圍巖起到一定的支護作用。只有對錨桿支護體系的組成部分有深刻的認識，才能夠在實際的支護過程中更好的應用。通過實驗發現，在錨桿支護中，錨桿越長則梁的深降量越大，穩定性越差；而錨桿越短則梁的沉降量越小，穩定性越強；如果錨桿的長度相同，則載荷或預張力越大，梁的沉降越小，穩定性越強。

4　預設煤柱的實踐應用

預設煤柱是我國傳統采煤作業工藝中，應用較多的一種巷道支護技術，該技術已經具有較長的歷史，其優勢在礦井通風和排水方面體現的更為突出。預設煤柱主要是由于礦井巷道本身的功能決定的，巷道的主要功能包括三種，即坑道支撐保護、人員行進通道以及煤炭運輸通道，另外還包括一些礦井內的通風、瓦斯抽采及管理等等，為了使巷道上方的運輸層與巷道下方的通風層能夠保持一定的距離，一般都會在巷道頂板支護的鋪設處預先留有一定寬度的煤柱，即預設煤柱。預設煤柱能夠有效的避免巷道上方的運輸層與巷道下方的通風層發生直接的應力傳遞，這也就確保了巷道的穩定性。但是預設煤柱存在著十分明顯的弊端，最為明顯的就是煤資源的浪費，因為煤柱要承受一定的負荷，所以煤柱不能夠開采，這就造成了煤炭資源的嚴重浪費；另外，煤柱由于各種原因很容易遭到破壞，需要煤礦投入巨大的資金對其進行保養和維護；如果預設煤柱的位置設計的不合理，則會造成煤柱局部受力過載，很有可能發生冒頂的事故。所以在采用預設煤柱進行巷道支護時，必須結合煤礦的實際情況，包括質地構造、巷道的使用情況等合理的設計預設煤柱。

5　結語

礦井頂板支護技術是煤礦生產技術中的重要組成部分，煤礦是高危行業，而礦井頂板事故又是煤礦的高發事故，為了防止頂板事故的發生，我們必須熟練的掌握礦井頂板支護技術的實踐應用，在實際工作中消除安全隱患，從而為煤礦工人提供一個安全的工作環境。

參考文獻：

[1]康紅普，牛多龍，張鎮，林健，李志紅，范明建.深部沿空留巷圍巖變形特征與支護技術[J].巖石力學與工程學報，2010（10）：78-79.